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美国核电技术发展之路

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位于美国宾夕法尼亚州世平浦的原子能工厂(图片来源:美国能源部)

1957年12月18日早上,宾夕法尼亚州西部的居民和平常一样,打开电烤炉,烤面包、吃早餐。但这一天却很特别:他们有幸成为美国历史上最早利用核聚变反应产生的电的居民。原来,杜克森(Duquesne)照明公司已在半夜里把美国历史上第一座大型原子能发电厂的电力输入供电线路。该电厂位于宾州世平浦(Shippingport)市中心,即匹兹堡西北38英里的地方。

很多见证了这个日子的美国人以为,美国从此将进入“电力黄金时代”,威斯丁豪斯公司(Westinghouse Corporation)总裁奎里姆·普莱斯(Gwilym A. Price)也曾如此断言。当时人们普遍以为,今后美国人将能享用非常洁净、异常丰富的能源了,这种能源是这么物美价廉,以后连电费都可以忽略不计了。当然,在此后的几十年里,这项技术的发展并没有达到让电费忽略不计的程度。可是,随着全球变暖进程的加快,还有石油天然气等地下燃料供给的不断萎缩,人们不得不对半个世纪前最看好的这一能源形式再度寄予厚望。

世平浦核电站所生产的电能,用今天的行话说,就是绿色能源。也正因为这一点,宾夕法尼亚州煤都的中心位置才成为核电厂的最佳选址。原来,早在1950年代,匹兹堡的燃煤工业十分发达,早有“烟雾之都”的恶名。当地居民早就忍受不了严重的空气污染,于是联合起来,对在当地再建一座火力电厂的作法予以坚决抵制。在这种情况下,杜克森的高管才决定与政府一道,共同推动原子能技术的发展。

实际上,原子能技术的思想根源可追溯到1942年。就在这一年,恩里科·费米(Enrico Fermi)和同事们一道,用实验证实核链反应(nuclear chain reaction)是完全可控的。费米他们当年的科学研究目的本来是为了制造核武器,且最终在日本广岛实现了这一目标。

二战时期,美国某军事委员会还负责对原子能的其他潜在用途进行研究。后来,该委员会认为,原子能还有为海军舰艇提供动力的潜力,但作为商业用电的前景则不太乐观。该委员会的结论是,从经济角度看,核能还很难与常规能源抗争,且由于浓缩铀(enriched unranium)资源十分紧缺,政府只能把浓缩铀节约起来,用于制造威力强大的原子武器。结果,前苏联和英国先后在1954年和1956年都分别拥有了自己的核电站,把美国甩在了后面。

但是,早在1953年,艾森豪威尔总统就在联合国发表讲话,抛出了和平利用原子能的概念。艾森豪威尔提出这一概念的目的,是“为了尽快结束人们思想中对于原子的恐惧感”,他认为,原子能可变成极其丰富的电能,对世界上那些严重缺乏电能的国家来说具有重大的经济学意义。

1950年代,美国自己并不缺电,那时候美国每年还能对外出口6亿美元的石油产品,电力价格十分便宜,每千瓦时还不到一便士。况且,人们对于原子核反应所产生的蘑菇云还记忆犹新。在这种情况下,那些私有的供电企业高管,能有几个胆敢冒险去开发这一尚未完全经过实践检验的技术呢?只有政府的参与,给予私营企业适当的补贴,才有可能把原子能的和平利用变成现实。

为了把和平利用原子能技术的想法变成现实,美国国会必须先修正1946年颁布的《原子能法》,因这部法律已规定,一切原子能技术只专属美国政府所有。1954年,新法颁布,这才允许私营企业拥有自己的核反应堆。

其次,美国联邦政府开始着手与杜克森照明公司及威斯丁豪斯电力公司开展合作。美国原子能委员会负责对威斯丁豪斯公司的核反应堆的设计及制造进行监督,杜克森公司则负责提供其在俄亥俄河边的500英亩土地及一应发电设备。政府还规定,供电部门向核电站支付足够的电费,使核电拥有相当的竞争力,与传统电力价格展开竞争。

图:1954年9月6日,艾森豪威尔总统在世平浦挥动中子指挥棒,标志着美国第一座核反应堆开始动工。

1954年9月6日,艾森豪威尔总统来到世平浦,以原子能时代特有的方式,宣布这座核反应堆的破土动工。只见他拿起一根“中子指挥棒”(neutron wand),在一个安放在桌面上的感应装置上方挥动了一下,感应装置即向机器人驾驶的推土机发出启动信号。该项目的领导人正是当年的海军少将海曼·瑞克沃(Hyman Rickover)先生,他同时还负责在同一年命名并开工建造的美国第一艘核潜艇“鹦鹉螺号”(Nautilus)的建造工作。实际上,瑞克沃少将只是把海军的技术搬过来安装在海岸上使用,同时在规模上加以扩大而已。这项技术的核心是把一个重达58吨的铀核安装在一座高33英尺、直径9英尺的压力舱中,铀核产生的热量由压力高达2000磅的水流传输给一台蒸汽机,蒸汽机则驱动涡轮机转动。为安全起见,核电站的大部分设施都建设在地下。

世平浦核电站在技术上是成功的,但在经济上却是一次失败的先例。该工程原本预算4800万美元,可实际上耗费了8400万美元,而最后的发电成本竟然是常规发电厂的7倍。这么高的费用,当然还得由美国纳税人买单,要知道,纳税人为美国的原子能研究问题,已买了高达120亿美元的账单了。

由于世平浦核电站开了和平利用原子能的先河,于是只能将其作为一个试验项目来对待。世平浦核电站的设计发电能力只有60兆瓦(即6万千瓦),这个水平,若与后来发电能力达1000兆瓦的新核电站相比,简直微不足道。世平浦核电站的经费有相当一部分用于相关仪器设备的开发和建设,使相关工程技术人员得以弄清楚更大规模核电站的运作模式。1977年,核电技术人员把反应堆原来所用的铀核改装成为增殖反应器(breeder reactor),从而可在其运行过程中,把资源更为丰富的钍(thorium)元素“增殖”成铀元素。

世平浦核电站还为核电工业提供了很好的核反应堆拆卸教材。1980年代,世平浦成为第一座须主动关闭并全部拆卸掉的核反应堆,拆卸成本高达9830万美元。

当年,瑞克沃少将在世平浦核电站开工典礼上曾说过:“有很多事情都可能会出问题。在我们美国,一次重大的核电事故将足以让我们的危险游戏倒退十年,可我们还不得不去面对它。”后来发生的事故真的让瑞克沃少将不幸言中了。1979年,位于宾夕法尼亚州哈利斯堡(Harrisburg)附近的三哩岛(Three Mile Island)核电站就发生了一起铀核熔融事故,使美国核工业的第一部大法不得不降下帷幕。

现在,美国的第二部核工业法规即将出台了。2007年9月,计划在德克萨斯州联合建造一座全新核电站的美国两家电力巨头,将向美国政府递交一份申请,以获准一项为期29年的大规模核电站营业执照。核工业管理委员会预计,今后三年内,全美国将在20个地方建设多达29座大规模核反应堆。由于有了更先进的技术,核电站将更为安全,发电效率更高,而且其功能也将更为多样化。

当然,还存在一些不确定因素:核能成本仍然十分高昂;核反应废料的处理问题还没得到解决。可是,当年艾森豪威尔总统对核电工业的前景所持的乐观态度还是让我们感到责无旁贷。核电在未来的能源领域里将继续保持其应有的位置,这一点还是可以肯定的。

(江天梦/编译自 The American Heritage,译言网供网易探索独家专稿,未经允许,请勿转载)

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